【文章內(nèi)容簡介】 m水=20100=2000kg 因為提取中主要含有水，則溶液密度可按水密度來計算；則 V= m水/1000=2m3取V實際= V，則V實際=3 m3熱量衡算：由于為間歇式操作，里面保持90℃恒溫提起，其中需要的熱量為可用下式計算：Q=CmΔT在提取時，里面主要是大量的水，所以比熱容近似可按水的計算，C= kJ/molK；故，Q=CmΔT=(2000+100)(9025)=573300 kJ總傳熱系數(shù)由經(jīng)驗可知：K=2000W/m℃所以可的加熱面積為：所以提取罐的體積為3m3，設(shè)計選用三個提取罐，查文獻[16]： 提取罐主要參數(shù)表公稱體積實際體積加熱面積加料口直徑外形尺寸2m33m3400mm13003850攪拌速率排出口直徑質(zhì)量配套電機60r/min800mm2050kg4kw 蒸發(fā)器的計算及選擇 蒸發(fā)設(shè)備在結(jié)構(gòu)上必須有利于過程的進行，因此，選用和設(shè)計蒸發(fā)器設(shè)備時應(yīng)考慮以下幾點：1） 盡量保證較大的傳熱系數(shù)2） 要適合溶液的一些特性，如黏度、起泡性、熱敏性、溶解度隨溫度變化的特性及腐蝕性；3） 能完善地分離液沫4） 盡量減少溫差損失5） 能排出溶液在蒸發(fā)過程中析出的結(jié)晶體6） 能方便地清洗傳熱面 綜上所述，選取了單效蒸發(fā)過程，計算如下：①水分蒸發(fā)量在蒸發(fā)器中，從溶液中蒸發(fā)出的水分可由一般物料衡算方程解出，即Fx0=（FW）x 所以 F—溶液加料量，kg/h W—水分蒸發(fā)量，kg/h x0，x—料液與完成液的質(zhì)量分數(shù)，%其中x0=%，x=1%，F(xiàn)=200kg/h則：②蒸汽消耗量 在蒸發(fā)器中所消耗的熱量主要是供給發(fā)生二次蒸發(fā)所需的潛熱，除此之外，還要供給溶液加熱至沸點及損失于外界熱量，所以蒸發(fā)量由以上三者之和決定，可以通過熱量衡算求得；DI+FCt0=Wi+(FCWC)t1+DC?+q′D(IC?)=W(i Ct1)+ FC(t1 t0)+q′由上式可以計算計算熱蒸汽的消耗量：D=[ W(i Ct1)+ FC(t1 t0)+q’]/ (IC?)假設(shè)加熱蒸汽和二次蒸汽都在冷凝溫度時排出，則(IC?)與(i Ct1)分別為加熱蒸汽和二次蒸汽的蒸發(fā)潛熱。所以上式可簡化為： D=[Wr+FC(t1 t0)+q′]/R 式中：C—溶液的比熱容，kJ/molk D—加熱蒸汽的消耗量，kJ/h I—加熱蒸汽的熱含量，kJ/mol i—二次蒸汽的熱含量，kJ/mol R—加熱蒸汽的蒸發(fā)潛熱，kJ/mol r—二次蒸發(fā)的蒸發(fā)潛熱，kJ/mol ?—冷凝水的溫度，K t0，t—溶液最初溫度與最終溫度（沸點），K q′—損失于外界的熱%20%，則溶液比熱容C近似為：C=C2(1B)則，C=(%)=K。料液溫度為30℃，出口為100℃，蒸發(fā)器蒸發(fā)的壓力：， KPa下的飽和溫度，在此溫度下，可知r=2257kJ/kg，R=2230kJ/kg故，因為Q=DR=2230=97758W所以傳熱面積：A=Q/KT已知K=1704W/m2K則傳熱面積A=97758/170470=③蒸發(fā)器的主要尺寸 加熱室主要尺寸：選用Ф15mm3mm，長為1m的不銹鋼管作為加熱管，則管數(shù)為：。 為了安全，取n=34=38根。 加熱管按正三角形排列，則管束中心線上的管子數(shù)約為：nC=381/2=7根 取管心距S為50mm，取管束中心線上最外層的中心至殼體內(nèi)部的距離b′，則極熱室直徑為：di=S(nc1)+2b′=50(71)+2(15)=345mm圓整后去di=400mm循環(huán)管尺寸計算：根據(jù)經(jīng)驗，循環(huán)管的截面積取80%的加熱管總面積，即循環(huán)管總面積為： 所以循環(huán)管直徑為： 圓整后取d=70mm 分離室尺寸計算：取分離室高度為1m。，相當(dāng)于絕對壓強的20KPa，則二次蒸汽的體積流量為：取允許蒸發(fā)體積強度為VS,y=1m3/m3s，則：，取DZ=800mm：加熱管加熱室分離室循環(huán)管規(guī)格長度/m根數(shù)直徑/mm長度/m直徑/mm高度/m直徑/mmФ15mm3mm138400約1800170 醇析罐設(shè)計計算醇析過程主要是將水提后的多糖溶液進一步進行醇析提取，已得到純度較高的多糖。醇析過程主要在常溫下進行操作，因為乙醇容易揮發(fā)，溫度過高會使乙醇大量揮發(fā)而產(chǎn)生浪費，并且高溫操作也會帶來危險。（1）醇析罐體積計算物料衡算：由于整個過程為間歇操作，按照任務(wù)量可知每次進料為2000kg，%，%，可計算出每次投入醇析罐的量為：2000%=1%m則，m=7/ kg =700kg由于加入的糖溶液中99%為水，則溶液密度近似可按水密度計算，則：V水=700/1000 m3=按照物料衡算可計算得到加入95%乙醇的體積，計算如下：（V水+V）70%=95%VV≈2m3所以，每次加入95%乙醇的量為2 m3。因為可按體積加和性來計算，所以可近似認醇析時的體積為2 .7m3。取裝填系數(shù)為：則，V實=，查文獻[16]可取醇析罐H/D=(按反應(yīng)器類型選擇)。所以， ，H===（2）醇析罐材料選擇設(shè)計選用三個提取罐，取其壁厚為20mm，材料為20R（GB6654）； 許用溫度為20℃； 厚度20mm34mm； 。 脫蛋白罐設(shè)計計算脫蛋白過程主要是為了使多糖里含有的蛋白類物質(zhì)脫除掉，因為蛋白存在將對多糖的保健及醫(yī)療效果有較大影響。在脫蛋白過程中按照1:1的物料與氯仿正丁醇的比例混合脫除，脫除溫度在常溫下進行。（1）脫蛋白罐體積計算加入的過濾后的多糖經(jīng)過與水1:10溶解后加入到脫蛋白罐，則加入體積可得：m=710kg=70kgV1=m/ρ=70/1000= 所以V=2 V1=2= m3取裝填系數(shù)為：則，V實=，查文獻[18],可取醇析罐H/D=(按反應(yīng)器類型選擇)。所以， ，圓整后取D=450mm，H==450mm=495mm（2）脫蛋白罐材料選擇設(shè)計選用三個提取罐，取其壁厚為10mm，材料為20R（GB6654）； 許用溫度為20℃； 厚度10mm34mm； 。 干燥器的計算及選擇%（濕基），環(huán)境溫度t0=20℃，相對濕度為80%，進風(fēng)溫度t1=160℃，排風(fēng)溫度t2=80℃，產(chǎn)品的含水量為2%。（1）水分蒸發(fā)量（2)多糖產(chǎn)量（3）進風(fēng)量 根據(jù)t0=20℃，相對濕度為80%，在I—H圖上查得 x0= I0= 當(dāng)t1=160℃，t2=80℃時，在I—H圖上查得 I1=I2= kJ/kg干空氣 x= 所以，kg干空氣/h 根據(jù)計算求得空氣在20℃時比容γ0=所以進風(fēng)量為：V0=Lν0==（4）排風(fēng)量 根據(jù)計算，80℃時，尾氣排出時的含濕空氣比容γ2=所以排風(fēng)量為：V2=Lν2==（5）總熱耗 理論熱耗： Qt=I(I2I0)=()=因為在運行中有設(shè)備的熱量損耗，這里設(shè)定熱量損耗為8%，則（6）空氣加熱管面積 查飽和水蒸汽性質(zhì)表得，飽和蒸汽溫度為T=℃，飽和蒸汽的比熱焓為：I=2778kJ/kg，冷凝水比熱焓i= kJ/kg。對數(shù)平均溫度為：則，極熱面積（7）蒸汽消耗量所以，可選擇噴霧干燥器型號為：PD2型，： 噴霧干燥器主要參數(shù)表型號水分蒸發(fā)量/kg所需功率/kwPD21435 儲罐的選擇① 儲罐（Ⅰ）的用途是用來暫存原料，主要起到緩沖作用然后送入下一步處理。 設(shè)計按一天提取的任務(wù)量來計算，則所需要的體積為：V=33=9m3；填充系數(shù)：罐實際容積：V實=10m3查文獻[16],可選儲罐型號為：HG5157485 計算容積為10m3，儲罐內(nèi)徑為2000 mm，罐壁高度為：3185mm，拱頂高度為：260mm，總高：3445mm，拱頂厚度： mm。 所用材料為：20R（GB66547）儲罐的液位計選擇：鋼與玻璃燒結(jié)液位計（HG21606—1993）其適用范圍：鋼與玻璃燒結(jié)液位計用于觀察化工、石化、醫(yī)藥等。使用溫度：0~180℃設(shè)計壓力：~（a）（a）提取后原料儲罐主要參數(shù)表公稱容積/m3公稱直徑/mm拱頂高度/mm拱頂厚度/mm總高度/mm管壁高度/mm102000834453185②儲罐（Ⅱ）的用途是存儲乙醇 本儲罐標(biāo)準(zhǔn)系列的設(shè)計壓力為常壓，設(shè)計溫度為0℃≤t≤200℃，~8m3。所以根據(jù)乙醇儲罐的大小可選擇儲罐型號為：HG515738519，：（b） 乙醇儲罐主要參表公稱容積/m3全容積/m3公稱直徑/mm厚度/mm高度/mm允許腐蝕裕度/mm儲罐質(zhì)量/kg62000820001160 主要設(shè)備工藝計算及選型 精餾過程原理和條件精餾是多級分離過程，即多次而且同時運用部分氣化和部分冷凝的方法，使混合液得到較完全分離，以分別獲得接近純組分的操作。 利用txy相圖，可以對精餾原理作具體的分析說明。，溫度為tF的混合液加熱到t1，使其部分氣化，并將氣相與液相分開，可得到氣相組成為y1，液相組成為x1產(chǎn)品。 多次部分汽化和冷凝的txy理論上多次部分氣化在液相中可獲得高純度的難揮發(fā)組分，多次部分冷凝在氣相中可獲得高純度的易揮發(fā)組分，但因產(chǎn)生大量中間組分而使產(chǎn)品量極少，且設(shè)備龐大。工業(yè)生產(chǎn)中的精餾過程是在精餾塔中將部分氣化過程和部分冷凝過程有機結(jié)合而實現(xiàn)操作的。下面由加熱釜(再沸器)供熱，使釜中殘液部分汽化后蒸汽逐板上升，塔中各板上液體處于沸騰狀態(tài)。頂部冷凝得到的餾出液部分作回流入塔，從塔頂引人后逐板下流，使各板上保持一定液層。上升蒸汽和下降液體呈逆流流動，在每塊板上相互接觸進行傳熱和傳質(zhì)。原料液于中部適宜位置處加入精餾塔，其液相部分也逐板向下流入加熱釜，汽相部分則上升經(jīng)各板至塔頂。由于塔底部幾乎是純難揮發(fā)組分，因此塔底部溫度最高，而頂部回流液幾乎是純易揮發(fā)組分，因此塔頂部溫度最低，整個塔內(nèi)的溫度由下 向上逐漸降低。 精餾塔中物料流動示意圖精餾操作分析可知，為實現(xiàn)精餾分離操作，除了具有足夠?qū)訑?shù)塔板的精餾塔以外，還必須從塔頂引人下降液流(即回流液)和從塔底產(chǎn)生上升蒸汽流，以建立汽液兩相體系。因此，塔底上升蒸汽流和塔頂液體回流是精餾過程連續(xù)進行的必要條件。 精餾操作對塔設(shè)備的要求精餾所進行的是氣(汽)，液兩相之間的傳質(zhì)，而作為氣(汽)，液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備，首先必須要能使氣(汽)，液兩相得到充分的接觸，以達到較高的傳質(zhì)效率。但是，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要，塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求： (1) 氣(汽)，液處理量大，即生產(chǎn)能力大時，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶，攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象。 (2) 操作穩(wěn)定，彈性大，即當(dāng)塔設(shè)備的氣(汽)，液負荷有較大范圍的變動時，仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性。 (3) 流體流動的阻力小，即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小，這將大大節(jié)省動力消耗，從而降低操作費用。對于減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個系統(tǒng)無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。(4) 結(jié)構(gòu)簡單，材料耗用量小，制造和安裝容易。 (5) 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作，調(diào)節(jié)和檢修。 (6) 塔內(nèi)的滯留量要小。 塔設(shè)備的類型氣—液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可采用板式塔，也可采用填料塔。板式塔為逐級接觸型氣液傳質(zhì)設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)塔板上氣液接觸元件的不同，可分為泡罩塔，浮閥塔，篩板塔，穿流多孔板塔，舌形塔，浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。 工業(yè)上最早使用的是泡罩塔(1813年)，篩板塔(1832年)，其后，特別是在本世紀(jì)五十年代以后，隨著石油，化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了大批新型塔板，如S型板，浮閥塔板，多降液管篩板，舌形塔板，穿流式波紋塔板，浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內(nèi)外實際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔，篩板塔及泡罩塔，而前兩者使用尤為廣泛。（1） 篩板塔篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點有： ① 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的60%，為浮閥塔的80%左右。② 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15%。③ 塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。④ 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30%左右。 篩板塔的缺點是：① 塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。② 操作彈性較小(約2～3)。③ 小孔篩